DE2746241C3 - Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden mit einer umlaufenden Scheiben-Elektrode - Google Patents

Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden mit einer umlaufenden Scheiben-Elektrode

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden mit einer umlaufenden Scheiben-Elektrode mit intermittierendem Lichtbogen und mit mechanischer Abtragung des aus der SchniUfuge zu entfernenden MateHals.
Durch die CH-PS 1 13 954 ist eine mit hoher Geschwindigkeit umlaufende, endlose Scheibenelektrode bekannt geworden, deren Umfang gezahnt ist und kontinuierlich gegen das Werkstück geführt wird. Dabei wird ein elektrischer Lichtbogen auf das zu schneidende Metall fortschreitend zur Einwirkung gebracht. Zur Verstärkung des Lichtbogens hat die Scheibe an einer Stelle eine Stufe. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß es weilgehend zu Kurzschlüssen zwischen der Elektrode und dem Werkstück kommt und so die Wirksamkeit des Lichtbogens und der Wirkungsgrad der ganzen Vorrichtung gemindert werden.
Durch die OS 24 12 203 ist bekannt geworden, zur Vermeidung der Kurzschlüsse eine gesteuerte periodische Spannungsabschallung im Takte mil der materialabtragenden Berührung zwischen Elektrode und Werkstück vorzunehmen. Der Nachteil dieser Maßnahme ist dadurch gegeben, daß es zumindest bei längerem Betriebe sich als unmöglich herausgestellt hat, die periodische Spannungsabschaltung genügend genau mit dem Takte der Berührung zu synchronisieren. Somit ergeben sich bei dieser Vorrichtung wiederum Kurzschlüsse zwischen der Elektrode und dem Werkstück, die die Wirksamkeit des Lichtbogens und den Wirkungsgrad der Vorrichtung vermindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden so auszubilden, daß der Lichtbogen in den vorgesehenen Brennzeiten voll zur Wirkung kommt und daß die mechanische Abtragung des aus der Schnittfuge zu entfernenden Materials ohne Kurzschlüsse erfolgt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine umlaufende schmale Scheibe, die über einen Teil ihres Umfangsrandes spannungführend für den Lichtbogen und über einsn anderen Teil nicht spannungführend für das Abtragen ist
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die vorstehende Aufgabe vollständig gelöst. Man benötigt keine zusätzliche, aufwendige Steuereinrichtung zum Synchronisieren der Lichtbogenbrennzeiten. Kurschlüsse werden zuverlässig vermieden und die Abtragung des aus der Schnittfuge zu entfernenden Materials kann sehr wirksam erfolgen. Es können dabei mit Vorteil der spannungführende Teil und der nicht spannungführende Teil jeweils eine unterschiedliche Spezialausbildung erhalten gemäß ihrer unterschiedlichen Funktion.
Vorteilhafte Ausführungsarten und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 20 beschrieben.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf diese Beispiele bzw. auf die Zeichnung. Sie beinhaltet aber zugleich eine weitere allgemeine Beschreibung der Erfindung. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht von einer Art Her erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Schnitt gemäß der Schnittlinie I-I in F i g. 2,
F i g. 2 eine Seitenansicht von der Darstellung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 in größerem Maßstäbe einen Teilschnitt gemäß der Schnittlinie IH-II1 in Fi g. 1,
Fig.4 im Maßslabe der Fig.3 einen Teilschnitt gemäß der Schnittlinie lV-lVin Fig. 1,
F i g. 5 im Maßstabe der F i g. 3 und 4 einen Teilschnitt gemäß F i g. 3 von einer etwas anderen Ausführungsart,
Fig.6 eine Vorderansicht gemäß Fig. 1 von einer etwas anderen Ausführungsari,
Fig.7 und 8 in größerem Maßstabe Teilausschnitte zur Darstellung des Lichtbogenzündens durch eine gesteuerte Hochspannungszündfunkeneinrichtung,
Fig.9 in perspektivischer Darstellung im Maßstabe der in Fig. 1, 2 und 6 Schaltungseinzelheiten der Hochspannungszündfunkeneinrichtung gemäß Fig. 7 und
Fig. 10 in perspektivischer Darstellung gemäß Fig. 9 Schaltungseinzelheiten der Hochspannungszündfunkeneinrichtung gemäß F i g. 8.
Zum Folgenden siehe die Fig. 1,9 und 10.
Das zu schneidende Werkstück 1 und die Schneidscheibe 2 sind über die Leitungen 3 und 4 mit einer Schweißspannungsquelle 5 verbunden. Die Schweißspannungsquelle 5 ist vorzugsweise eine Gleichspannungsquelle von etwa 2 bis 10 Volt. Grundsätzlich kann auch mit einer Wechselspannungsquelle entsprechender Voltzahl gearbeitet werden 7'veckmäßig ist die Spannung dieser Spannungsquelle möglichst steif.
Die Schneidscheibe 2 hat einen Teil, dessen Umfangsrand 6 spannungführend ist für den Lichtbogen gegenüber dem Werkstück 1, und einen Teil, dessen Umfangsrand 7 nicht spannungführend ist zur Abtragung des jeweils aus der Schnittfuge im Werkstück 1 zu entfernenden Materials.
Bei der Ausführungsart gemäb Fig. 1 bilden die Randteile 6 und 7 je für sich einen zusammenhängenden Abschnitt. Bei der Ausführungsart gemäß F i g. 6 bestehen die Randteile 6' und T der Scheibe 2' jeweils aus Teilabschnitten, die einander abwechseln. Die Scheibe 2' gemäß F i g. 6 ist für eine geringere Drehzahl vorgesehen als die Scheibe 2 gemäß Fig. 1.
Die Scheiben 2 bzw. 2' gemäß den Fig. 1 bzw. 6 mögen jeweils gemäß dem Pfeil 8 umlaufen. Die Drehzahl ist zweckmäßig verhältnismäßig hoch. Sie kann 50 Umdrehungen pro Sekunde und darüber sein. Der Scheibendurchmesser ist zweckmäßig etwa 300 mm. Ein vorteilhaftes Scheibenmaterial ist hochfester, wärmebeständiger Stahl.
Bei der Drehung der Schneidscheibe 2 bzw. 2' kommt jeweils die Kontaktnase 9 bzw. 9' kurzzeitig in Berührung mit dem Werkstück 1. Bei der Weiterdrehung entsteht ein Abreißfunken, der den Lichtbogen zündet, welcher sich zwischen dem Werkstück 1 und dem Teil des Abschnittes 6 bzw. 6' ausbildet, welcher jeweils dem Werkstück gegenübersteht Trotz der Drehung der Schneidscheibe bleibt der Lichtbogen in der Zone der Werkstückerstreckung stehen, und der Abschnitt 6 bzw. 6' dreht sich darunter weg. Im Punkt 10 bzw. 10' ist der spannungführende Abschnitt 6 bzw. 6' zu Ende, und der Lichtbogen reißt ab.
Der nicht spannungführende Abschnitt 7 bzw. T ist vom spannungführenden Abschnitt 6 bzw. 6' durch die Isolierung 11 bzw. W isoliert. Der Abschnitt 7 bzw. T kann dabei ebenso wie der Abschnitt 6 bzw. 6' aus Metall bestehen. Damit der Lichtbogen im Punkte 10 bzw. 10' zuverlässig ab.-eißt und nicht über das Werkstück 1 auf den Abschnitt 7 bzw. T übertritt, ist der für das Abreißen des Lichtbogens ausreichende Spalt 12 bzw. 12' vorgesehen.
Zum Folgenden vergleiche auch die F i g. 3,4 und 5.
Der Scheibenradius ist im Abschnitt 6 um die gewünschte Lichtbogenlänge kleiner als im Abschnitt 7. Auch ist der Rand der Scheibe 2 jeweils im Abschnitt 6 nicht so breit wie im Abschnitt 7. Auf diese Weise kann der Lichtbogen im Abschnitt 6 sich auch über eine gewisse radiale Erstreckung ausbilden. Diese radiale Erstreckung kann gewähli werden mit Rücksicht auf möglichst gute Brenneigenscl.aften des Lichtbogens. Im Abschnitt 7 ist dagegen eine Breite vorgesehen gemäß der Breite der Zone des abzutragenden aufgeheizten Materials. Auch der Radius im Abschnitt 7 hat eine entsprechende Größe.
Der Scheibenabschnitt 6, 6' und 7, T hat gemäß den F ι g. 3, 4 und 5 zweckmäßig Dreiecksprofil, um eine möglichst große Wärmeableitung zu geben. Andere Ausführungen, z. B. als Halbkreis oder als Flachende, sind möglich.
Auch kann es zweckmäßig sein, die Scheibe 7, T mit einer Sägeverzahnung zur Verbesserung der Abtragswirkung zu versehen.
Der Vorschub beim Schneiden kann durch eine Bewegung des Werkstückes 1 bewirkt werden oder aber einfacher durch Schwenken des Schwenkarmes 14 in Richtung des Pfeiles 13. Dabei kann zur Konstanthaltung des Lichtbogens der Scheibenradius im Abschnitt 6 in der Umlaufrichtung um das Maß des Vorschubes abnehmen. Ferner kann der Scheibenradius jeweils im Bereich des Abschnittes 7 in der Umlaufrichtung entsprechend der Menge des in diesem Abschnitt abzutragenden Materials zunehmen.
Damit der Lichtbogen im Abschnitt 6 sich nur auf die vorgesehenen Randteile erstreckt, sind im übrigen die
Seiten der Scheibe unter dem Abschnitt 6 bzw. 6' lichtbogenhindernd ausgebildet. Gemäß der F i g. 5 sind die Seiten der Scheibe durch die Isolation 15 isoliert. Die Isolierung 15 kann aus anorganischem Material (z. B. Keramik oder Glas) bestehen. Es kann aber auch organisches Material (z. B. warmfester Kunststoff) verwendet werden.
Eine andere Ausführungsart ist in den F i g. 1, 3 und 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsari ist im Abschnitt 6 bzw. 6' die Scheibe 2 speichenartig mit Unterbrechungen ausgebildet. Die Speichen 16 bzw, 16' können aus Metall sein, und ihre lichtbogenhindernde Wirkung besteht darin, daß ein auf ihnen entlang zu kriechen beginnender Lichtbogen oder Teillichtbogen infolge der Drehung der Scheibe 2 rasch so langgezogen wird, daß er abreißt. Auf diese Weise wird der Lichtbogen im Speichenteil im Entstehen bereits wieder gelöscht. Der eigentliche, dem Schneiden dienende Lichtbogen wird hierdurch nicht beeinflußt. Die Speichenausführung hat den Vorteil, daß sie eine einfache und widerstandsfähige Konstruktion darstellt. Im übrigen ist es vorteilhaft, daß der Rand der Scheibe jeweils im Bereich des Abschnittes 6 bzw. 6' mindestens so breit ist wie der übrige Teil der Scheibe, siehe hierzu auch F i g. 3 und 5.
Zum Folgenden siehe auch F i g. 7,8,9,10.
An Stelle der Kontaktnase 9 bzw. 9' zum Zünden des Lichtbogens kann man zweckmäßig eine gesteuerte Hochspannungszündfunkeneinrichtung vorsehen. Dabei wird über die Schneidspannung des Schweißgenerators kurzzeitig eine gesteuerte Hochspannung überlagert, die einen Zündfunken von der Scheibe 2 bzw. 2' zum Werkstück 1 überspringen läßt.
Gemäß Fig.9 wird die Hochspannungsquelle 17 jeweils durch den Schaltnocken 21 geschaltet und läßt einen Funken auf den Scheibenteil 7 überspringen, wodurch die Hochspannung zum Teil 22 geleitet wird und auf das Werkstück 1 einen Zündfunken überspringen läßt, siehe auch F i g. 7.
Gemäß Fig. 10 arbeitet eine Wechselspannungsquelle 18 (die die Netzspannung sein kann) über einen Hochspannungstransformator und Gleichrichter auf den Ladekondensator 19. Durch den Schaltnocken 21 wird ein Schalter 20 betätigt, der eine oszillierende Entladung bewirkt, die sich als Hochspannungsschwingung der Spannung der Schweißspannungsquelle 5 überlagert und so auf den Scheibenabschnitl 6 gelangt. Der zum Werkstück 1 überspringende Funke 23 zündet den Lichtbogen, siehe auch F i g. 8.
Durch die mit der Scheibe 2 umlaufende Schaltnocke 21 kann sowohl bei der Ausführungsart gemäß Fig.9 wie bei der Ausführungsart gemäß Fig. 10 der Zündaugenblick sehr genau festgelegt sein, ohne daß es hierzu umständlicher Steuerungen bedarf.
Die Fig. 1, 6, 9 und 10 lassen erkennen, daß jeweils der nicht spannungführende Teil 7, T am Umfang der Scheibe 2 eine kleinere Erstreckung hat als der spannungführende Teil 6, 6'. Auf diese Weise ist die Einwirkungszeit des Lichtbogens verlängert. Man kann so ein harmonisches Verhältnis herstellen zwischen der Wirkung des Lichtbogens und der abtragenden
JO Wirkung im Abschnitt 7.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden mit einer umlaufenden Scheiben-Elektrode mit intermittierendem Lichtbogen und mit mechanischer Abtragung des aus der Schnittfuge zu entfernenden Materials, gekennzeichnet durch eine umlaufende schmale Scheibe (2), die über einen Teil ihres Umfangsrandes (6) spannungführend für den Lichtbogen und über einen anderen Teil (7) nicht spannungführend für das Abtragen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der spannungführende Teil (6) und der nicht spannungführende Teil (7) je für sich einen zusammenhängenden Abschnitt bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der spannungführende Teil (6') und der nicht spannungführende Teil (7') jeweils aus Teilabschnitten bestehen, die einander abwechseln.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an der ablaufenden Kante (10, 10') eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') gegenüber der auflaufenden Kante des folgenden nicht spannungführenden Abschnittes (7, T) ein für das Abreißen des Lichtbogens ausreichender Spalt (12, 12') vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenradius jeweils im Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') um die gewünschte Lichtbogenlänge kleiner ist als im Bereich eines nicht spannungführenden Abschnittes (7, T).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenradius jeweils im Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') in der Umlaufrichtung (8) um das Maß des entsprechenden Vorschubes (13) abnimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenradius jeweils im Bereich eines nicht spannungführenden Abschmites (7, T) in der Umlaufrichtung (8) entsprechend der Menge des in diesem Abschnitt abzutragenden Materials zunimmt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Scheibe jeweils im Bereich eines nicht spannungführenden Abschnittes (7, T) breiter ist als im Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') (siehe F i g. 4 und 3).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Scheibe jeweils im Bereich eines nicht spannungführenden Abschnittes (7, T) so breit wie die Zone des abzutragenden, aufgeheizten Materials ist (siehe F i g. 4).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der spannungführende Teil im Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') eine für den Lichtbogen ausreichende radiale trstreckung hat (siehe Fig. 3 und 5).
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß im übrigen die Seiten der Scheibe lichtbogenhindernd (15; 16, 16') ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der Scheibe isoliert (15) sind.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (15) aus anorganischem Material (z. B. Keramik oder Glas) besteht
■>
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (15) aus organischem Material (z. B. warmfestem Kunststoff) besteht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ίο gekennzeichnet, daß die Seiten der Scheibe speichenartig (16,16') mit Unterbrechungen ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I1 8 und 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand
ι > der Scheibe jeweils im Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6,6') mindestens so breit ist wie der übrige Teil der Scheibe (siehe F i g. 3 und 5).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an der
•2" auflaufenden Kante eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') Mittel zum Zünden des Lichtbogens vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine jeweils einen Abreißfunken erzeugen-
-'· de, radial vorspringende Kontaktnase (9, 9') an der auflaufenden Kante.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine gesteuerte Hochspannungszündfunkeneinrichtung (F ig. 9 und 10).
'"
20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der nicht spannungführende Teil (7, T) am Umfang der Scheibe (2) eine kleinere Erstreckung hat als der spannungführende Teil (6,6').
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